北京"煤改气"政策对PM2.5微量元素健康风险来源影响的追踪研究

《Journal of Environmental Sciences》：Changes in source-specific health risks of PM 2.5-bound trace elements after the residential “coal-to-gas” conversion measure in urban Beijing

本研究通过对比北京"煤改气"政策实施前后PM2.5中14种微量元素的变化，发现交通源替代燃煤成为健康风险主导因素。采用化学分级提取法揭示元素生物有效性变化，结合正矩阵因子分解（PMF）模型解析来源贡献，为大气污染精准防控提供科学依据。

　　

研究亮点

微量元素浓度变化

图1显示了"煤改气"措施实施前后14种元素平均浓度的对比，显示出明显差异。具体而言，措施前这些元素的浓度趋势为Fe > Zn > Pb > Ba > Ni > Ti > Cu > Mn > Sr > Cr > As > V > Cd > Co，而措施后变为Fe > Ti > Cu > Zn > Ba > Mn > Sr > Pb > Cr > Ni > As > V > Cd > Co。措施前后14种元素的总浓度分别为1343.5 ng/m³和1179.8 ng/m³，降低了12.2%。与措施前相比，措施后Ti、Cu、Mn、Sr、Cr、As、V和Co的浓度分别增加了7.4%、35.7%、5.3%、6.5%、8.8%、9.4%、7.3%和3.9%，而Fe、Zn、Pb、Ba、Ni和Cd的浓度分别降低了14.9%、35.7%、61.8%、13.6%、8.6%和4.5%。这些结果表明，"煤改气"措施显著改变了PM_2.5中微量元素的浓度水平和组成特征。

微量元素化学分级变化

图2显示了措施前后14种微量元素化学分级（形态）的对比。总体而言，所有元素中残渣态占比最高（平均值：59.5%），其次是可还原态（20.8%）和可氧化态（12.7%），水溶态占比最低（7.0%）。措施后，Pb、Zn、Cu、Sr、Ba和Cr的水溶态比例分别增加了43.6%、5.2%、8.3%、11.3%、10.7%和7.5%，而Cd、Mn、As、Co、V、Fe、Ni和Ti的水溶态比例分别降低了30.7%、0.5%、2.6%、7.8%、3.8%、8.0%、3.4%和5.9%。这些结果表明，清洁空气措施改变了PM_2.5中微量元素的形态分布和潜在生物有效性。

来源解析

基于PMF模型对14种微量元素进行来源解析，识别出四个主要来源：燃煤（26.3%）、交通相关排放（38.4%）、扬尘（19.8%）和工业排放（15.5%）。与措施前相比，措施后交通相关排放对14种元素总浓度的贡献增加了12.1%，而燃煤贡献降低了17.5%。这表明"煤改气"政策有效降低了燃煤贡献，但使得交通源贡献相对凸显。

健康风险评价

对Cr、Co、Ni、As、Cd和Pb等致癌元素进行了健康风险评价。措施后成人和儿童的总致癌风险（CR）值分别为3.72 × 10^-6和4.15 × 10^-6，略高于措施前。措施后，交通相关排放（92.8%）是致癌风险的主要来源，而措施前交通相关排放（52.2%）和燃煤（41.4%）共同主导。非致癌风险（HQ）值均低于安全阈值（HQ < 1）。这表明尽管PM_2.5整体浓度下降，但由于来源贡献变化和元素生物有效性改变，特定来源（如交通源）的健康风险需要持续关注。

结论

本研究测量了北京"煤改气"措施后PM_2.5中14种微量元素的浓度和化学分级，评估了有毒元素的健康风险并将其与PMF模型识别的特定来源相关联。研究结果揭示了空气清洁措施对颗粒物微量元素浓度、化学分级、来源和健康风险的影响，并指出未来仍应将交通相关排放作为关注重点。